汽車巡航電子控制系統(tǒng)畢業(yè)論文

1、摘 要駕駛汽車長(zhǎng)途行駛的機(jī)會(huì)較多，在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，打開該系統(tǒng)的自動(dòng)操縱開關(guān)后，巡航控制系統(tǒng)將根據(jù)行車阻力自動(dòng)增減節(jié)氣門開度，使汽車行駛速度保持一定的。并且可以避免駕駛員頻繁踩油門踏板，而保證汽車以預(yù)先設(shè)定的速度行駛。汽車在一定條件下恒速行駛，大大地減輕了駕駛員的疲勞強(qiáng)度。由于巡航控制系統(tǒng)能自動(dòng)地維持車速，避免了不必要的油門踏板的人為變動(dòng)，進(jìn)而改善了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性。汽車電子化程度也越來越高，特別是微處理器進(jìn)入汽車控制領(lǐng)域后，給汽車發(fā)展帶來了劃時(shí)代的變化。汽車自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)（cruise control system）就是其中一個(gè)改變?cè)捡{駛理念的新技術(shù)。汽車巡航控制

2、系統(tǒng)的出現(xiàn)能為駕駛員提供更加舒適的駕駛環(huán)境。巡航控制系統(tǒng)不僅在長(zhǎng)時(shí)間行車時(shí)能夠減輕駕駛員的疲勞程度，同時(shí)減少了不必要的車速變化，提高了乘坐的舒適性，還可以節(jié)省燃料和減少?gòu)U氣排放，提高經(jīng)濟(jì)性。提高汽車行駛時(shí)的舒適性，特別使在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當(dāng)汽車以一定速度行駛時(shí)，減少了駕駛員的負(fù)擔(dān)，使其可以輕松地駕駛。保持汽車車速的穩(wěn)定，汽車無論是在上坡、下破、平路上行駛，或是在風(fēng)速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許的范圍內(nèi)，汽車的行駛速度保持不變。總的來說，汽車巡航控制系統(tǒng)主要功能有巡航定速、巡航加速、巡航減速等功能。關(guān)鍵字： 巡航控制系統(tǒng)；保持恒速； 巡航減速； 恢復(fù)原速

3、automobile cruise electronic control systemabstractas the auto industy and toad transport sector development ,the automation of vehicles driving cars has become one of the major trends in development .people need to be more comfortable,convenient and safe means of transport to meet the fast pace of

4、life.so the request of intelligent become more urgent.with the development of electronic,our life changing so fast.in order to meet peoles needs,automotive electronics become more and more high-lieve.in particular the microprocessor enter the field of automotive control,the car has bought to the epo

5、ch-making change. automobile cruise electronic control system can provide a comfortable citcumstance for dirvers.in one hand ,it lenlify the job when driving but improve comfort.when the car in the long-distance highway driving,automobile cruise control system can automatically fixed at a specific r

6、ate ,from motorists to foot pedal long bitterness.at the same time,it can cruise in the state scheduled for the speed acceleration and deceleration of the regulation.in assition ,the cruise control system also save fuel and resuce disuse.in the 1960s of the usa,the cruise control system has been use

7、d in cars widely. nowday many cars fix the cruise control system. japanese and european cars are equipped with the production of cruise control system. because of our the late of development of automible in our country.the cruise control system only applies to the high-level car.some of the current

8、domesticproduction of luxury cars such as the passat , accore and audi a6 are equipped with cruise control systems.general speaking,the cruise control system can cruise constant speed,cruise deceleration ,renew constant speed and other functions .keywords：the cruise control system；the cruise acceler

9、ates；the cruise decelerate；the constant speed to restor目 錄第一章 汽車巡航控制系統(tǒng)的概述1.1 汽車巡航控制系統(tǒng)的功用1.2 汽車巡航控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)1.3 汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)第2章 汽車巡航控制系統(tǒng)的工作原理與基本構(gòu)成2.1 汽車巡航控制系統(tǒng)的工作原理2.2 汽車巡航控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成第3章 巡航控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)概述3.2 開關(guān)量的處理3.3 車速信號(hào)處理3.4 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)3.5 pwm控制3.6 離合器的驅(qū)動(dòng)3.7 硬件可靠性的設(shè)計(jì)3.7.1 影響硬件可靠性的因素3.7.2 硬件設(shè)計(jì)采用的抗干擾措施第4

10、章 巡航控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1 汽車巡航控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)的要求4.2 巡航控制下的程序流程4.3 軟件可靠性措施4.3.1 合理封鎖4.3.2 程序時(shí)空防護(hù)措施結(jié)論參考文獻(xiàn)致謝第一章 汽車巡航控制系統(tǒng)的概述汽車巡航控制系統(tǒng)英文為cruise control system,縮寫為ccs。巡航控制系統(tǒng)是現(xiàn)代高級(jí)轎車普遍配備的一種輔助駕駛系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在車速到達(dá)一定范圍后（如40-200km/h），將車速保持在駕駛員所設(shè)定的值，自動(dòng)執(zhí)行上坡加油，下坡收油等必要的操作，實(shí)現(xiàn)恒速行駛。在大陸型的國(guó)家，駕駛汽車長(zhǎng)途行駛的機(jī)會(huì)較大，在高速公路上長(zhǎng)時(shí)間行駛時(shí)，打開該系統(tǒng)的自動(dòng)操縱開關(guān)后，巡航控制系統(tǒng)將根據(jù)

11、行車阻力自動(dòng)增減節(jié)氣門開度，是汽車行駛速度保持一定。并且可以避免駕駛員頻繁踩油門踏板，而保證汽車以預(yù)先設(shè)定的速度行駛。汽車站一定條件下恒速行駛，大大減輕了駕駛員的疲勞強(qiáng)度。由于巡航控制系統(tǒng)能自動(dòng)的維持車速，避免了不必要的油門踏板的人為變動(dòng)，進(jìn)而改善了汽車的燃料經(jīng)濟(jì)性和發(fā)動(dòng)機(jī)的排放性能。驅(qū)車巡航控制系統(tǒng)自1961年在美國(guó)首次應(yīng)用以來，已經(jīng)廣泛普及。在美國(guó)大多睡覺車上均裝用了巡航控制系統(tǒng)。日本和歐洲生產(chǎn)的轎車裝用汽車巡航控制系統(tǒng)的比例也越來越高。我國(guó)一汽大眾生產(chǎn)的奧迪a6轎車也裝有汽車巡航控制系統(tǒng)。1.1 汽車巡航控制系統(tǒng)的功用汽車巡航控制系統(tǒng)（ccs）就是可使汽車工作在發(fā)動(dòng)機(jī)有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，減輕

12、駕駛員的駕駛操作勞動(dòng)強(qiáng)度，提高行駛舒適性的汽車自動(dòng)行駛裝置。巡航系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，適應(yīng)路面狀況以及其他阻力的變化，以恒速方式運(yùn)行。當(dāng)一旦出現(xiàn)人為干預(yù)的情況（例如踩踏制動(dòng)踏板、踩踏離合器踏板、變速器掛入空擋、拉近駐車制動(dòng)等），巡航系統(tǒng)確保駕駛?cè)藛T的操作優(yōu)先，截取巡航工作狀態(tài)；當(dāng)車輛的速度超出人為設(shè)定的范圍以及其他情況時(shí)，巡航系統(tǒng)也能自動(dòng)停止工作，以確保車輛的安全。綜上所述，汽車巡航控制系統(tǒng)具有以下功能：（一）基本功能（1）車速設(shè)定。當(dāng)按下車速設(shè)置開關(guān)后，就能存儲(chǔ)該時(shí)間的行駛速度，并能保持這一速度行駛。（2）消除功能。當(dāng)踩下制動(dòng)踏板，上述功能立即消失。但是，上述設(shè)置速度繼續(xù)存儲(chǔ)。（

13、3）恢復(fù)功能。當(dāng)按恢復(fù)開關(guān)則能恢復(fù)原來存儲(chǔ)的車速。除了以上3種基本功能，如果需要可增加以下功能：（1）滑行。持續(xù)按下開關(guān)進(jìn)行減速，以離開開關(guān)時(shí)的速度作巡航行駛。（2）加速。持續(xù)按下開關(guān)進(jìn)行加速，以不操縱開關(guān)時(shí)的車速進(jìn)入巡航行駛。（3）速度微調(diào)升高。在巡航速度行駛中，當(dāng)操縱開關(guān)以onoff方式變換時(shí)使車速稍稍上升。（4）恒速行駛功能，汽車自動(dòng)巡航行駛即指汽車在行駛時(shí)，駕駛?cè)藛T即使不踏加速踏板，汽車仍然可以按駕駛員所希望的車速自動(dòng)保持行駛的功能，這是巡航控制系統(tǒng)最基本的功能。（5）汽車處于巡航行駛的狀態(tài)時(shí)，若按下加速開關(guān)，則設(shè)定速度增加，此為加速功能。同樣，若按下減速開關(guān)，則設(shè)定速度減少，此為減速

14、功能。（6）如果踏下制動(dòng)踏板或槽中控制的解除開關(guān)，則可以自動(dòng)解除巡航功能。如果從新按下設(shè)定開關(guān)，汽車進(jìn)入巡航狀態(tài)。（7）自動(dòng)選、換擋功能，在巡航控制期間，隨著道路坡度的變化以及汽車行駛可能遇到的阻力，車輛自動(dòng)變換節(jié)氣門開度或自動(dòng)進(jìn)行檔次轉(zhuǎn)換，以按存儲(chǔ)在ecu內(nèi)的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性瑰、規(guī)律或動(dòng)力性規(guī)律穩(wěn)定行駛。（8）防止誤操作及報(bào)警功能，在不具備巡航條件的情況下，例如車輛在起步階段，駕駛員啟動(dòng)了巡航開關(guān)，巡航控制系統(tǒng)會(huì)防止類似的誤操作，并有報(bào)警的功能。（二）故障保險(xiǎn)功能1.低速自動(dòng)消除功能。當(dāng)車速小于40km/h時(shí)，存儲(chǔ)的車速消失，并不能再恢復(fù)此速度。2.制動(dòng)踏板消除功能。在制動(dòng)踏板上裝有兩種開關(guān)，

15、一個(gè)用于對(duì)ecu的信號(hào)消除；另一個(gè)是直接使執(zhí)行元件工作停止。3.各種消除開關(guān)。除了利用制動(dòng)踏板消除功能外，還有駐車制動(dòng)、離合器（m/t）、調(diào)速桿 （a/t）等操作開關(guān)的消除功能。1.2 汽車巡航控制系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)（1）提高汽車行駛舒適性特別是在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當(dāng)汽車以一定的速度行駛時(shí)，減少了駕駛員的負(fù)擔(dān)，使其可以輕松地駕駛。（2）節(jié)省燃料，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性在同樣的行駛條件下，對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來說，使用巡航控制系統(tǒng)可節(jié)省燃料15%。這是因?yàn)樵谑褂迷撓到y(tǒng)以后，可使汽車的燃料供給與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之間處于最佳配合狀態(tài)，并減少了廢氣的排放。（3）保持汽車車速的穩(wěn)定汽車無

16、論是在上坡、下坡或平路上行駛，或是在風(fēng)速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許的范圍內(nèi)，汽車的行駛速度就能保持不變。三、巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)巡航控制系統(tǒng)由傳感器、操作開關(guān)、執(zhí)行器和巡航控制ecu等組成。傳感器和開關(guān)將信號(hào)送入巡航控制ecu，ecu根據(jù)這些信號(hào)計(jì)算節(jié)氣門應(yīng)有的開度，并給執(zhí)行器發(fā)出信號(hào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)節(jié)氣門開度。（1） 提高汽車行駛時(shí)的舒適性，特別使在郊外或高速公路上行駛，這種優(yōu)越性更為顯著。另外，當(dāng)汽車以一定速度行駛時(shí)，減少了駕駛員的負(fù)擔(dān)，使其可以輕松地駕駛。（2）節(jié)省燃料，具有一定的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性，在同樣的行駛條件下，對(duì)一個(gè)有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員來說，可節(jié)省燃料15%，這是因?yàn)樵谑褂寐试撓到y(tǒng)以

17、后，可是汽車的燃料供給與發(fā)動(dòng)機(jī)功率之間處于最佳的配合狀態(tài)，并減少了廢氣的排放。（3）保持汽車車速的穩(wěn)定，汽車無論是在上坡、下破、平路上行駛，或是在風(fēng)速變化的情況下行駛，只要在發(fā)動(dòng)機(jī)功率允許的范圍內(nèi)，汽車的行駛速度保持不變。1.3 汽車巡航控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)汽車巡航控制當(dāng)系統(tǒng)已有30多年的發(fā)展歷史，主要經(jīng)歷了機(jī)械控制系統(tǒng)、晶體控制系統(tǒng)、模擬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)字微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)4個(gè)階段。數(shù)字微型計(jì)算機(jī)控制自1981年起開始應(yīng)用到巡航控制系統(tǒng)，目前應(yīng)用廣泛。數(shù)字微型計(jì)算機(jī)巡航控制系統(tǒng)的電路框圖如圖1.1所示，駕駛員利用控制開關(guān)，可將保持恒速、減速、恢復(fù)原速、和加速等命令輸入計(jì)算機(jī)；當(dāng)駕駛員操

18、縱保持恒速開關(guān)時(shí)，計(jì)算機(jī)記憶調(diào)節(jié)后的車速，開始進(jìn)行恒速行車控制。為了使汽車巡航控制系統(tǒng)達(dá)到車速控制的要求，目前用于汽車巡航控制系統(tǒng)的控制方案主要有pid控制、模糊控制迭代學(xué)習(xí)控制、自適應(yīng)控制等、它們都有各自的特點(diǎn)。（1）pid控制，即比例-積分-微分控制，根據(jù)實(shí)際車速與設(shè)定車速的偏差，實(shí)現(xiàn)汽車不變參數(shù)的巡航控制。在汽車行駛過程中，駕駛員設(shè)定一個(gè)車速給控制器，同時(shí)車速傳感器測(cè)得到實(shí)際車速也輸入到控制器，產(chǎn)生實(shí)際車速和設(shè)定車速的偏差，控制器的比例部分根據(jù)偏差的大小輸出相應(yīng)的控制量，以控制節(jié)氣門的開度，使車速迅速趨近設(shè)定車速。考慮到偏差一直存在，控制器的積分部分就把偏差積累起來加大控制量，以消除偏差

19、，使車速保持恒定，而微分部分則起預(yù)估作用。當(dāng)v0時(shí)，表示偏差加大，應(yīng)及時(shí)增加控制量，使v減??；當(dāng)駕駛員控制開關(guān)記憶車速行車阻力行駛車速比較車速補(bǔ)償電路執(zhí)行部件車輪驅(qū)動(dòng)力變速器發(fā)動(dòng)機(jī)計(jì)算機(jī)圖1.1數(shù)字微型計(jì)算機(jī)巡航控制系統(tǒng)框圖v0時(shí)，表示偏差在減小，應(yīng)減小控制量，以避免v趨近于零時(shí)，又向反方向發(fā)展而引起震蕩。pid控制具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)整定方便的優(yōu)點(diǎn)，在許多場(chǎng)合下能獲得令人滿意的控制效果。但是由于被控對(duì)象的特性比較復(fù)雜，具有非線性或時(shí)變的過程，應(yīng)用常規(guī)pid控制，若參數(shù)調(diào)整不當(dāng)，會(huì)使系統(tǒng)不停地震蕩，控制效果不甚理想。（2）模糊控制，它是一種模仿人工控制活動(dòng)人腦的控制策略，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)把人工控制策

20、略用計(jì)算實(shí)現(xiàn)，它是近幾年發(fā)展起來的一種新型的汽車巡航技術(shù)。駕駛員對(duì)汽車的控制，從本質(zhì)上來講是一種模糊控制的過程，駕駛員駕駛汽車時(shí)，根據(jù)目標(biāo)車速與實(shí)際車速之間的偏差及路面情況，利用自己的經(jīng)驗(yàn)，決定加速踏板的變化量，從而使汽車趨近于目標(biāo)車速。模仿這一過程的模糊控制原理框圖如圖1.2所示。用于汽車巡航控制的模糊控制器的輸入量一般可以選擇設(shè)定車速與實(shí)際車速的偏差以及偏差的變化率。模糊判斷模糊控制規(guī)則ede/dt模糊化設(shè)定車速實(shí)際車速反饋被控對(duì)象圖1.2 巡航控制系統(tǒng)模糊控制原理框圖模糊控制不依賴系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型，因而對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)變化不敏感，其不足之處是迷惑控制規(guī)則的獲取和模糊隸屬函數(shù)形狀的確定是一項(xiàng)

21、費(fèi)力的工作，而且系統(tǒng)一旦確定，其規(guī)則和隸屬函數(shù)就確定而不能隨外界和車輛參數(shù)變化進(jìn)行調(diào)整。（3）迭代學(xué)習(xí)控制，因?yàn)槠囇埠叫旭傊写嬖谥鴩?yán)重的非線性和不確定性，特別是巡航控制參數(shù)在不同車速下其值是不確定的，并且運(yùn)動(dòng)載體對(duì)控制的實(shí)時(shí)性要求較高，所以有人將迭代學(xué)習(xí)算法應(yīng)用到了汽車巡航控制系統(tǒng)中?；诘鷮W(xué)習(xí)技術(shù)的汽車巡航控制原理如圖1.3所示。利用實(shí)際車速與設(shè)定車速的偏差，通過多次的迭代計(jì)算得出一個(gè)修正量，進(jìn)一步修正控制器輸出的控制量，從而使實(shí)際車速更趨近于設(shè)定車速。迭代學(xué)習(xí)控制可以對(duì)參數(shù)是未知的但是變化的或不變的系統(tǒng)實(shí)施有效控制。相對(duì)于其他控制技術(shù)，迭代學(xué)習(xí)控制的適應(yīng)性更廣，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)，但其算法復(fù)雜

22、，計(jì)算機(jī)編程困難。學(xué)習(xí)率控制器被控對(duì)象實(shí)際車速實(shí)際車速反饋設(shè)定車速控制參數(shù)修正量偏差記憶圖1.3 迭代學(xué)習(xí)技術(shù)的汽車巡航控制原理圖（4）自適應(yīng)控制，由于汽車自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)是一個(gè)本質(zhì)非線性系統(tǒng)，并且汽車在行駛過程中受到路面坡度。空氣阻力等外界干擾，因而時(shí)不變系統(tǒng)得到的控制方法就難以在各種工況下取得良好的效果，解決的辦法是加入自適應(yīng)環(huán)節(jié)，其控制方法能隨各種因素的變化而實(shí)時(shí)地加以調(diào)整，以適應(yīng)復(fù)雜多變的行駛工況。自適應(yīng)控制是針對(duì)具有一定不確定性的系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，它是一種智能化的自動(dòng)控制系統(tǒng)，主要有雷達(dá)傳感器、方向角傳感器、輪速傳感器、制動(dòng)控制器、扭矩控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器等組成。雷達(dá)傳感器安裝在散熱器的

23、護(hù)柵內(nèi)，可探測(cè)到汽車前方150m的距離；在前后輪廓上均裝有輪速傳感器，可測(cè)出車輛的行駛速度；方向角傳感器用以判斷車輛行駛的方向；發(fā)動(dòng)機(jī)控制器和扭矩控制器用以他側(cè)和調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)接通和輸出扭矩，以提高發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性，并適時(shí)調(diào)整車輛的運(yùn)行速度。各種控制器和傳感器均用車內(nèi)計(jì)算機(jī)控制。自適應(yīng)控制方法可以自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)變化，從而時(shí)刻包此系統(tǒng)的性能指標(biāo)為最佳。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：裝有自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的智能車，通過雷達(dá)和計(jì)算機(jī)來鑒別靠近車輛的是自行車、汽車還是行人，根據(jù)道路情況控制車輛行駛狀態(tài)，完全或部分地去臺(tái)里駕駛員的操縱；汽車上的各種傳感器不斷收集汽車、道路和周圍環(huán)境等方面的信息，通過計(jì)算機(jī)來調(diào)整汽車的運(yùn)

24、行狀態(tài)。它能夠準(zhǔn)確的判斷汽車四周的安全情況，自動(dòng)采取措施回避危險(xiǎn)或者懸著安全的行車路線和工作狀態(tài)。目前用于汽車巡航控制的自適應(yīng)控制主要為模型參考自適應(yīng)控制?；谧赃m應(yīng)控制的汽車巡航控制原理如圖1.4所示。設(shè)定車速同時(shí)加到控制器和參考模型上，由于參考模型的理想車速和實(shí)際車速不一致，產(chǎn)生偏差，自適應(yīng)機(jī)構(gòu)檢測(cè)到參數(shù)，從而使實(shí)際車速迅速趨近于實(shí)際車速，當(dāng)偏差趨近于零時(shí)，自適應(yīng)調(diào)整過程就停止，控制參數(shù)也就調(diào)整完畢。當(dāng)汽車在行駛過程中遇到上下坡或是由于風(fēng)力而使車速發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)也如上述過程一樣，對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。參考模型設(shè)定車速控制器被控對(duì)象自適應(yīng)算法理想車速實(shí)際車速實(shí)際車速反饋圖1.4自適應(yīng)控制的

25、汽車巡航控制原理圖鑒于自適應(yīng)控制的上述特點(diǎn)，自適應(yīng)控制非常適合像汽車這樣一類非線性系統(tǒng)的控制，在控制過程中，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)，使得控制效果更好。（5） 隨著近幾年智能公路概念的提出及衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用，未來汽車的巡航系統(tǒng)將會(huì)與gps（全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)）相結(jié)合，通過車輪傳感器、地磁傳感器和偏航傳感器等但中傳感器獲取數(shù)據(jù)，確定汽車的速度和位置。車輪傳感器幾路車輪的速度，產(chǎn)生的脈沖信號(hào)用于定時(shí)計(jì)算行駛距離和方向變化。地磁傳感器通過勵(lì)磁繞組感應(yīng)出電壓脈沖，測(cè)量出沿途地磁場(chǎng)遂平分量的大小與起始點(diǎn)磁場(chǎng)的比較，為車載電腦提供補(bǔ)償數(shù)據(jù)。車載電腦的地圖存儲(chǔ)用量存儲(chǔ)量汽車現(xiàn)行運(yùn)行區(qū)域的所有數(shù)據(jù)，車載

26、電腦與存儲(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不斷比較判斷，更正定位誤差從而確定最佳行駛路徑。如果車載點(diǎn)老存儲(chǔ)資料不足，例如有關(guān)交叉路、限行、單行線、橋梁等路段的變更信息，可以通過gps或網(wǎng)絡(luò)功能給與補(bǔ)充。駕車者將目的地輸入車載電腦后，電腦通過比較車輛實(shí)際位置和目的地位置后，能夠推薦最佳行駛路徑。簡(jiǎn)單的系統(tǒng)僅能提供限行距離及目的地方向，比較復(fù)雜的系統(tǒng)則能根據(jù)gps控制中心提供的路面車流狀況推薦行駛路徑。顯示裝置還能夠根據(jù)汽車運(yùn)行及方向的變化隨時(shí)翻轉(zhuǎn)地圖，方便駕車者從顯示屏獲知路徑的方向。第2章 汽車巡航控制系統(tǒng)的工作原理與基本構(gòu)成2.1 汽車巡航控制系統(tǒng)的工作原理圖1.5是一種典型的閉環(huán)汽車電子巡航控制系統(tǒng)原理框圖。

27、有圖2.1可知，控制器的輸入是以下兩個(gè)車速信號(hào)的差：一個(gè)是駕駛員按要求的車速設(shè)定的車速信號(hào)：另一個(gè)是實(shí)際車速低反饋信號(hào)。當(dāng)測(cè)出的實(shí)際車速高于或低于駕駛員調(diào)定的車速時(shí)，ecu將這兩種信號(hào)進(jìn)行比較，得出誤差信號(hào)，經(jīng)發(fā)達(dá)處理后成為節(jié)氣門控制信號(hào)，送至節(jié)氣門執(zhí)行器，驅(qū)動(dòng)節(jié)氣門執(zhí)行器工作，調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度，已修正實(shí)際車速，從而講實(shí)際車速很快調(diào)整到駕駛員設(shè)定的車速，并保持恒定。通常將汽車在平坦路面上行駛時(shí)車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系存儲(chǔ)在巡航控制系統(tǒng)ecu 的rom中。ecu作為巡航控制系統(tǒng)的核心部件，一般采用“比例-積分”控制的控制系統(tǒng)，線性放大部件k的輸出正比于誤差信號(hào)，而積分放大器ki則設(shè)置一條斜率可

28、調(diào)整的輸出控制線，用以在短時(shí)間內(nèi)講車速誤差降至趨近于0的很小范圍，節(jié)氣門控制信號(hào)則是比例電路和積分電路兩部分輸出信號(hào)的疊加。另一種方法是將誤差信號(hào)輸入到微機(jī)進(jìn)行處理，采用這種控制方法可以使用更先進(jìn)的程序。 +_節(jié)氣門反饋信號(hào)k2節(jié)氣門反饋信號(hào)k1實(shí)際車速控制信號(hào)節(jié)氣門控制器節(jié)氣門執(zhí)行器發(fā)動(dòng)機(jī)及變速器車輛節(jié)氣門傳感器車速傳感器外界干擾設(shè)定車速圖2.1 閉環(huán)汽車電子巡航控制系統(tǒng)原理框圖汽車在平坦、上坡與下坡路面上行駛時(shí)的車速與節(jié)氣門開度的關(guān)系如圖2.2所示。巡航控制系統(tǒng)根據(jù)目標(biāo)車速自動(dòng)維持汽車恒速行駛。汽車在巡航定速狀態(tài)下，當(dāng)汽車速度下降時(shí)，ecu加大節(jié)氣門開度，是發(fā)動(dòng)機(jī)功率升高，轉(zhuǎn)矩增大，車速達(dá)

29、到設(shè)定速度。反之，減小節(jié)氣門的開度。參照?qǐng)D2.2，系統(tǒng)進(jìn)行巡航控制時(shí)，若在平坦路面上車速為vo時(shí)，按下設(shè)定開工進(jìn)入巡航控制的自動(dòng)行駛狀態(tài)，此時(shí)節(jié)氣門開度在0點(diǎn)，一旦遇到爬坡時(shí)，則行駛阻力增加，如不進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，車速就會(huì)降到vc點(diǎn)，但巡航控制器會(huì)按照一定的控制規(guī)則控制節(jié)氣門，是節(jié)氣門開度從0點(diǎn)變?yōu)閍點(diǎn)，是車速保持在vo點(diǎn)取得平衡。因此，即使行駛阻力發(fā)生變化，車速也只在很小的范圍內(nèi)變化，達(dá)到穩(wěn)定行駛的目的。當(dāng)車速在40km/h以下、160km/h以上時(shí)，巡航系統(tǒng)不工作。當(dāng)然這個(gè)上下限的限定依車型的不同而略有不同。一旦系統(tǒng)的傳感器出現(xiàn)故障，或控制信號(hào)電路被切斷，因沒有車速信號(hào)，低速限制電路將認(rèn)為車速

30、為零，是巡航控制系統(tǒng)停止工作。在所有車輛上，從調(diào)整節(jié)氣門開度到車速改變，這中間都有一段延遲，巡航控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)考慮了這個(gè)問題，這樣，當(dāng)系統(tǒng)吧實(shí)際車速調(diào)整到指令車速時(shí)，就可避免嚴(yán)重的車速波動(dòng)。車速abo0平路輸出控制線vcvavb上坡下坡節(jié)氣門開度v0圖2.2 車速與節(jié)氣門開度關(guān)系2.2 汽車巡航控制系統(tǒng)的基本構(gòu)成 汽車巡航控制系統(tǒng)主要由巡航控制開關(guān)（on/off開關(guān)）、車速傳感器、電子控制單元（ecu）、汽車安全開關(guān)、執(zhí)行器、輔助器件等組成。其結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。（1）巡航控制開關(guān)。巡航控制開關(guān)即駕駛員指令開關(guān)，有時(shí)也稱主控開關(guān)。它一般是桿式開關(guān)，安裝在轉(zhuǎn)向柱上駕駛員容易接近的地方。通常將

31、其功能包含在組合開關(guān)內(nèi)，大多數(shù)指令開關(guān)有3個(gè)檔位：即設(shè)置/巡航（set/coast）、取消（cancel）和復(fù)位/加速（res/acc）檔。當(dāng)指令開關(guān)處于不同檔位時(shí)，電流由巡航控制ecu流出，經(jīng)過不同阻值的被操作的開關(guān)位置。當(dāng)開關(guān)處于設(shè)置/巡航檔位時(shí)，只要按下按鈕開關(guān)不動(dòng)，車輛就不斷加速。當(dāng)達(dá)到要求的車速時(shí)，松開按鈕，巡航控制系統(tǒng)就使車輛按松開按鈕時(shí)的車速保持定速行駛。當(dāng)裝換到取消檔時(shí)，恒速行駛即停止。復(fù)位/加速檔位用于制動(dòng)或換擋斷開電路后，使車輛重新按調(diào)定速度行駛?；謴?fù)增速減速設(shè)定控制開關(guān)制動(dòng)燈開關(guān)從熔斷器板來在電源車速傳感器伺服器執(zhí)行機(jī)構(gòu)接節(jié)氣門拉索電子控制單元圖2.3 巡航控制系統(tǒng)的構(gòu)成

32、（2）車速傳感器。車速傳感器將產(chǎn)生的車速信號(hào)輸送給巡航控制ecu，作為實(shí)際車速反饋信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)定速行駛功能。車速傳感器通常與車速表驅(qū)動(dòng)裝置相連。如果車速表是電子式的，車速傳感器給出的信號(hào)可直接用作巡航控制ecu的反饋信號(hào)，而不必為巡航控制系統(tǒng)另設(shè)速度傳感器。專門用于巡航控制系統(tǒng)的車速傳感器一般安裝在變速器輸出軸上，這是因?yàn)閷?shí)際車速與變速器輸出軸轉(zhuǎn)速成正比。車速傳感器有車速傳感器、節(jié)氣門傳感器和節(jié)氣門控制搖臂位置傳感器等。車速傳感器，它的作用是：提供一個(gè)與汽車實(shí)際車速成比例的信號(hào)，電控單元將此信號(hào)進(jìn)行處理。車速傳感器輸給電控單元的電信號(hào)，是一個(gè)交變的振蕩的脈沖信號(hào)。車速傳感器有磁脈沖式的、霍爾式

33、、光電式、磁阻式等。車速傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)電控的傳感器共用。節(jié)氣門傳感器，它的作用是：對(duì)電控單元提供一個(gè)與節(jié)氣門位置成比例的電信號(hào)。節(jié)氣門傳感器與發(fā)動(dòng)機(jī)電控的傳感器共用。節(jié)氣門控制搖臂傳感器，這是巡航控制系統(tǒng)專用的傳感器。它的作用是：對(duì)電控單元提供節(jié)氣門控制搖臂位置的電信號(hào)，目前應(yīng)用較多的是滑線電位計(jì)式。當(dāng)節(jié)氣門控制搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位計(jì)與之隨動(dòng)，變數(shù)出一個(gè)與控制搖臂位置成比例變化的、連續(xù)變化的電信號(hào)。（3）電子控制單元ecu，電控單元（cruise control ecu）也稱為ccecu，由處理器芯片、a/d、d/a、ic及輸出隔離驅(qū)動(dòng)和保護(hù)電路等模塊組成。電控單元又稱巡航主控制器或電子調(diào)節(jié)器。電

34、控單元是一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，也有人稱之為巡航電腦版。電控單元通常是裝在一個(gè)金屬薄板制成封裝閉殼體內(nèi)，封閉的金屬殼起電磁屏蔽和機(jī)械保護(hù)作用。電控單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞。數(shù)字微型計(jì)算機(jī)為主體的電控單元的信號(hào)用數(shù)字化處理，不會(huì)受到工作溫度和濕度的影響，因此具有很高的穩(wěn)定性。危機(jī)代替了模擬電路，實(shí)現(xiàn)巡航控制，不僅是控制精度提高，微機(jī)存儲(chǔ)量較大、有記憶功能等，有智能化的特征。特別是當(dāng)汽車上其他系統(tǒng)已有微機(jī)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)傳感器、數(shù)據(jù)等資源共享，各系統(tǒng)的微機(jī)間互相通訊聯(lián)絡(luò)監(jiān)督，使控制更可靠、精度更高。也有過巡航控制系統(tǒng)是靠汽車上其他系統(tǒng)的微機(jī)增加附加功能來實(shí)現(xiàn)的，目前以獨(dú)立的微機(jī)實(shí)現(xiàn)巡航控制方式為主。一般來說，由

35、于車速變化必須經(jīng)過一定的時(shí)間，這就要求巡航控制系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)具有一定的延時(shí)時(shí)間。這個(gè)延時(shí)時(shí)間對(duì)恒速控制點(diǎn)實(shí)現(xiàn)，對(duì)防止游車是十分必要的。但是在人為干預(yù)的情況下，實(shí)現(xiàn)迅速推出巡航控制的狀態(tài)會(huì)有妨礙的。所以，電控單元必須有其他的輔助裝置能夠使巡航控制按駕駛?cè)藛T的要求迅速關(guān)閉。在汽車巡航控制系統(tǒng)中，有車速信號(hào)返回到系統(tǒng)的輸入端，電控單元與設(shè)定車速進(jìn)行比較，一般來說，巡航控制系統(tǒng)在如下三個(gè)方面具有良好的性能，：快速響應(yīng)能力、較好的系統(tǒng)的穩(wěn)定性和較小的穩(wěn)定誤差。實(shí)踐證明，只要系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制參數(shù)（主要是比例積分的調(diào)節(jié)控制參數(shù)）選擇合適，就可以使系統(tǒng)具有快速響應(yīng)能力和高精度切勿不穩(wěn)定及振蕩現(xiàn)象，因此汽車巡

36、航控制系統(tǒng)的車技重點(diǎn)是確定電控單元合適的調(diào)節(jié)控制參數(shù)。在確定這些參數(shù)時(shí)要考慮一下幾個(gè)方面的影響：確定汽車的質(zhì)量、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)的大小可在測(cè)量傳動(dòng)部件的機(jī)械損耗、空氣阻力以及輪胎與路面之間的阻力所造成的發(fā)動(dòng)機(jī)功率損耗后根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定。選擇系統(tǒng)的頻率。系統(tǒng)對(duì)信號(hào)輸入的響應(yīng)頻率范圍可參照車輛在山區(qū)公路行駛時(shí)，駕駛員對(duì)車速變化的反應(yīng)及修正時(shí)間來確定、一般來說，汽車巡航控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度至少不能低于人的反應(yīng)速度，（人的反應(yīng)時(shí)間在數(shù)十秒至數(shù)百秒之間）。頻率提高，調(diào)節(jié)控制的誤差越小。但也不能過于敏感，否則容易發(fā)生游車。根據(jù)汽車的質(zhì)量m和系統(tǒng)的頻率fn計(jì)算系統(tǒng)中的積分器參數(shù)k，三者的關(guān)系如下：k

37、=wn2m，其中wn=2fn。從調(diào)節(jié)節(jié)氣門的開度到實(shí)際車速發(fā)生變化，這中間總有一段時(shí)間延遲。因此在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)響應(yīng)速度和相位移的要求選擇合適的阻尼系數(shù)d。這樣在系統(tǒng)把實(shí)際車速調(diào)整到設(shè)定車速時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)車速嚴(yán)重的波動(dòng)。根據(jù)參數(shù)d，wn，m和c（摩擦系數(shù)）即可確定系統(tǒng)中的比例放大器參數(shù)kp。kp=（2dwnm）- c值得注意的是，參數(shù)wn既對(duì)系統(tǒng)中的調(diào)節(jié)控制參數(shù)起確定作用，又受系統(tǒng)中的傳感器和執(zhí)行器的影響。因此整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完后，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)中的積分器和比例放大器的調(diào)節(jié)控制參數(shù)進(jìn)行修正，知道獲得滿意的系統(tǒng)效果為止。電控單元的主要作用是，將所有的信號(hào)（傳感器的車速、節(jié)氣門位置、節(jié)氣門控制搖臂位置、

38、操作指令、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)）進(jìn)行處理，在車速偏離預(yù)定的巡航車速時(shí)，給執(zhí)行器一個(gè)電信號(hào)，控制執(zhí)行器的動(dòng)作，是實(shí)際車速與設(shè)定的車速相一致。圖2.4是美國(guó)摩托羅拉公司的以單片機(jī)為主體的巡航控制電控單元的方框圖。汽車在巡航控制狀態(tài)時(shí)，一般當(dāng)車速低于40km/h時(shí)，電控單元自動(dòng)將巡航控制取消，這樣使汽車在制動(dòng)、轉(zhuǎn)彎時(shí),巡航控制不起作用；另外，在汽車的加、減速度大于預(yù)設(shè)的數(shù)值（一般為2m/s）時(shí)，以及汽車的制動(dòng)燈開關(guān)等動(dòng)作時(shí)，電控單元也會(huì)自動(dòng)取消巡航控制狀態(tài)，這樣就確保了汽車的行駛安全。圖2.4 巡航控制系統(tǒng)與電控單元方框圖（4）汽車安全開關(guān)，安全開關(guān)主要起到了人為操作敢于情況下，及時(shí)退出巡航控制狀態(tài)，

39、恢復(fù)到完全有駕駛員控制車輛的狀態(tài)，以保證行車的安全。安全開關(guān)就是起到保護(hù)作用的開關(guān)。安全開關(guān)寶貨電器開關(guān)和真空泄放開關(guān)。電器開關(guān)類型的安全開關(guān)主要有離合器、變速器空擋啟動(dòng)開關(guān)、制動(dòng)開關(guān)和駐車制動(dòng)開關(guān)。離合器開關(guān)，它的作用是汽車在巡航狀態(tài)下行駛時(shí)，一旦出現(xiàn)駕駛員干預(yù)，駕駛員踩踏離合踏板，離合器開關(guān)既由斷開變?yōu)殚]合，使電控單元立即關(guān)閉巡航工作狀態(tài)。離合器開關(guān)裝在駕駛室離合器踏板的上部，與離合器踏板聯(lián)動(dòng)，考駕駛員踩踏離合器他版的機(jī)械動(dòng)作使其閉合。變速器空擋啟動(dòng)開關(guān)，他的作用與離合器開關(guān)類似?？論醯膯?dòng)開關(guān)的安裝位置緊靠變速器操縱桿，并與變速器操縱桿聯(lián)動(dòng)，檔變速器操縱桿置于空擋時(shí)，空擋啟動(dòng)開關(guān)有斷開變

40、成閉合。制動(dòng)燈開關(guān)，它的作用是當(dāng)駕駛員踩踏制動(dòng)踏板時(shí)，制動(dòng)燈開關(guān)在接通制動(dòng)燈同時(shí)，將控制節(jié)氣門動(dòng)作搖臂的電磁離合器斷開，迅速推出巡航控制的工作狀態(tài)。在制動(dòng)燈開關(guān)中原來常開觸點(diǎn)的基礎(chǔ)上，增加了與之兩棟的常閉觸點(diǎn)，當(dāng)駕駛員踩踏制動(dòng)踏板、制動(dòng)燈亮的同時(shí)，常閉觸點(diǎn)斷開，使電磁離合器斷電，節(jié)氣門不再受巡航系統(tǒng)控制。手制動(dòng)開關(guān)，它的作用與離合器開關(guān)類似，安裝位置緊挨著駐車制動(dòng)操縱桿并與操縱桿聯(lián)動(dòng)，當(dāng)拉動(dòng)駐車制動(dòng)操縱桿時(shí)，此開關(guān)由斷開變?yōu)殚]合。真空泄放開關(guān)，通常裝在制動(dòng)踏板支架上。采用手動(dòng)變速器的汽車，在離合器踏板支架上裝有與其聯(lián)動(dòng)的真空開關(guān)，只要踩下離合器踏板，邊界處巡航控制功能。如果在巡航狀態(tài)下踩下制動(dòng)

41、踏板。隨動(dòng)的真空泄放閥也能將伺服機(jī)構(gòu)的真空泄放掉。空擋啟動(dòng)開關(guān)。當(dāng)換擋桿設(shè)置在自動(dòng)變速器的p或n擋位時(shí)，開關(guān)即接通，將取消信號(hào)傳送至巡航控制ecu。（5）執(zhí)行器，也有稱之為伺服機(jī)構(gòu)的，執(zhí)行器的作用是，將電控單元輸出的電流或電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而控制節(jié)氣門的開度，以便達(dá)到控制車速的目的。常見的執(zhí)行器有電動(dòng)和氣動(dòng)兩種類型。圖2.5所示的執(zhí)行器為電動(dòng)機(jī)式執(zhí)行器，它主要由電動(dòng)機(jī)、安全電磁離合器和位置傳感器組成。電動(dòng)機(jī)采用直流永磁式電動(dòng)機(jī)，通過改變電動(dòng)機(jī)中電流方向即可改變節(jié)氣門轉(zhuǎn)動(dòng)方向。電動(dòng)機(jī)式的節(jié)氣門執(zhí)行器的工作，為限定控制臂轉(zhuǎn)動(dòng)角度，電動(dòng)機(jī)電路裝有限位開關(guān)。圖2.5 電動(dòng)式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)在電動(dòng)機(jī)與

42、控制臂間裝有安全電磁離合器。當(dāng)進(jìn)行巡航控制時(shí)安全電磁離合器接合，此時(shí)電動(dòng)機(jī)栓旋轉(zhuǎn)使節(jié)氣門開度改變；若在巡航控制行駛階段執(zhí)行器或車速傳感器發(fā)生故障，安全電磁離合器立即分離。電磁離合器的作用是，當(dāng)電磁離合器通電時(shí)，電動(dòng)機(jī)的軸與節(jié)氣門控制搖臂結(jié)合在一起，當(dāng)電磁離合器斷電時(shí)，電動(dòng)機(jī)與節(jié)氣門控制搖臂分離，使節(jié)氣門與電動(dòng)機(jī)動(dòng)力鏈接或分離迅速可靠。另外，還能通過斷開電磁離合器電源的方法，迅速可靠地退出巡航狀態(tài)，在特定的情況下實(shí)現(xiàn)保護(hù)。在電動(dòng)式執(zhí)行器中還裝有位置傳感器，它是一個(gè)由滑變電阻器構(gòu)成的電位計(jì)，用于檢測(cè)執(zhí)行器控制臂的轉(zhuǎn)動(dòng)位置，并將信號(hào)輸入巡航控制ecu中。電動(dòng)式執(zhí)行器還可采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗軐⒖刂?/p>

43、裝置輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢康慕俏灰?。每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)就帶動(dòng)節(jié)氣門轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，這就保證了節(jié)氣門開閉動(dòng)作的準(zhǔn)確。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過的角度即節(jié)氣門轉(zhuǎn)過的角度，該角度與輸入的脈沖數(shù)城正比。節(jié)氣門的轉(zhuǎn)動(dòng)方向即低昂冬季的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由分配脈沖的相序確定。直流電動(dòng)機(jī)通電時(shí)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，它的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與電控單元供給的電壓平均值有關(guān)；他的運(yùn)轉(zhuǎn)或停止，有電控單元輸出的電壓有或無來決定；它的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，由電控單元輸出的電壓方向決定。步進(jìn)電機(jī)的工作，是對(duì)其通電一次，電動(dòng)機(jī)軸就轉(zhuǎn)過一定的角度。氣動(dòng)式執(zhí)行器也稱真空式執(zhí)行器，氣動(dòng)式執(zhí)行器多為發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的真空度為空氣的動(dòng)力源。氣動(dòng)式執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)形式有活塞式核膜片式。氣動(dòng)

44、活塞式執(zhí)行器的工作示意圖如圖2.6所示，氣動(dòng)式巡航控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖2.7所示。氣動(dòng)式執(zhí)行器如圖2.7所示，密封圓筒內(nèi)裝有膜片、麼片彈簧、兩個(gè)空氣電磁閥和一個(gè)真空電磁閥。真空電磁閥和空氣電磁閥的搭鐵線分別接到巡航控制ecu的端子上，在ecu內(nèi)部搭鐵時(shí)，電磁閥即刻起作用。真空電磁閥內(nèi)有一個(gè)真空管接頭，通過一根橡皮關(guān)于進(jìn)氣歧管相連。在膜片的中間裝有拉動(dòng)節(jié)氣門的拉索。真空?qǐng)?zhí)行器是利用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管的真空度吸引膜片，通過節(jié)氣門的拉索，是節(jié)氣門開度增大，并可保持固定不動(dòng)位置。如果空氣電磁閥打開，則由于膜片彈簧的彈力，使節(jié)氣門拉索放松，節(jié)氣門開度減小。 圖2.6 真空式執(zhí)行器結(jié)構(gòu)在巡航控制系統(tǒng)未工作使

45、，真空電磁閥保持關(guān)閉，空氣電磁閥打開，密封圓筒與大氣相通。執(zhí)行器活塞連桿與節(jié)氣門拉桿相連，當(dāng)活塞連桿對(duì)節(jié)氣門拉桿無作用時(shí)，彈簧力使節(jié)氣門趨向關(guān)閉。當(dāng)汽車加速時(shí)執(zhí)行器的輸入信號(hào)對(duì)該電池閥線圈通電時(shí)，電磁力控制閥芯克服閥彈簧力下移，執(zhí)行器活塞汽缸與進(jìn)氣歧管連通。這空電磁閥和2隔空氣電磁閥的電磁線圈電路均通過ecu內(nèi)部搭鐵而構(gòu)成回路，真空電磁閥打開，與進(jìn)氣歧管相通，而2個(gè)空氣電磁閥則關(guān)閉，密封圓筒內(nèi)真空度增大，由于進(jìn)氣管歧管內(nèi)為真空，于是執(zhí)行器汽缸壓力下降，執(zhí)行器活塞帶動(dòng)節(jié)氣門拉桿向左運(yùn)動(dòng)從而使節(jié)氣門瞬間進(jìn)地打開。當(dāng)汽車減速時(shí)，空氣電磁閥電磁線圈電路斷電，又恢復(fù)為打開狀態(tài)，此時(shí)空氣進(jìn)入密封圓筒，膜片

46、彈簧把膜片壓回原位，節(jié)氣門開度小小，汽車便減速。圖2.7 真空式巡航器原理圖執(zhí)行器活塞上的作用力隨汽缸中平均壓力的變化而變化，而汽缸中的平均壓力則通過快速通斷壓力控制閥來控制。執(zhí)行器的輸入信號(hào)是一個(gè)脈沖信號(hào)，當(dāng)電位高時(shí)，電磁鐵通電，當(dāng)電位低時(shí)，電磁鐵斷電。因此汽缸中的平均壓力以及節(jié)氣門開度與壓力控制閥控制信號(hào)的占空比成正比。執(zhí)行器活塞上的作用力隨汽缸中平均壓力的變化而變化，而汽缸中的平均壓力則通過快速通斷壓力控制閥來控制。執(zhí)行器的輸入信號(hào)是一個(gè)脈沖信號(hào)，當(dāng)電位高時(shí)，電磁鐵通電，當(dāng)電位低時(shí)，電磁鐵斷電。因此汽缸中的平均壓力以及節(jié)氣門開度與壓力控制閥控制信號(hào)的占空比成正比。選擇節(jié)氣門執(zhí)行器時(shí)，應(yīng)使

47、節(jié)氣門執(zhí)行器的頻率響應(yīng)與車速傳感器的頻率響應(yīng)基本一致，以保證整個(gè)巡航控制的協(xié)調(diào)運(yùn)行。（6）輔助裝置，其中主要包括巡航控制狀態(tài)指示燈、診斷檢測(cè)連接器、與發(fā)動(dòng)機(jī)控制的通訊聯(lián)絡(luò)、工作電源和保護(hù)電路等。第3章 巡航控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 硬件設(shè)計(jì)概述硬件設(shè)計(jì)方面，為使設(shè)計(jì)劃盡可能合理，系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)考慮了一下原則：（1）盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊的典型電路，提高設(shè)計(jì)的可靠性核結(jié)構(gòu)的合理性。在條件允許的情況下，盡可能選用功能強(qiáng)、集成度高的電路或芯片。應(yīng)為采用這種器件可能代替某一部分電路，不僅可以減少器件數(shù)量和相互聯(lián)系，使系統(tǒng)可到性增加，而且在一定的情況下可以降低成本。（2）在條件允許的情況下，盡可能選用功

48、能強(qiáng)、集成度高的電路或芯片。因?yàn)椴捎眠@種器件可能代替某一部分電路，不僅可以減少元器件數(shù)量和相互連線，使系統(tǒng)可靠性增加，而且在一定的情況下可以降低成本。（3）懸著通用性強(qiáng)、市場(chǎng)貨源充足的原器件，尤其對(duì)需求批量生產(chǎn)的場(chǎng)合，更應(yīng)注意。其優(yōu)點(diǎn)是：一旦某種器件無法獲得，也能用其他元件直接替代或?qū)﹄娐飞宰鞲膭?dòng)后，用其他元件代替。（4）在對(duì)硬件系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮時(shí)，同樣要注意通用性的問題，盡量將復(fù)雜的系統(tǒng)模塊化，即對(duì)中央控制單元、輸入接口、輸出接口、人機(jī)接口等分塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后采用一定得連接方式將其結(jié)合成一個(gè)完整的系統(tǒng)。（5）系統(tǒng)的擴(kuò)展幾個(gè)功能模塊的設(shè)計(jì)在滿足應(yīng)用系統(tǒng)功能要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)適當(dāng)留有余地，以備

49、將來修改、擴(kuò)展之需。實(shí)際上，電路設(shè)計(jì)一次成功而不做任何修改的情況是很少的，如果在設(shè)計(jì)支撐位留有任何余地，后期很可能因?yàn)橐稽c(diǎn)小小的改動(dòng)或擴(kuò)展而被迫進(jìn)行全面返工。（6）設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能的多做些調(diào)研，采用最新的技術(shù)，因?yàn)殡娮蛹夹g(shù)發(fā)展迅速，原件跟新?lián)Q代快，市場(chǎng)上不斷推出性能更優(yōu)，功能更強(qiáng)的芯片，只有時(shí)刻注意這方面的發(fā)展動(dòng)態(tài)，采用新技術(shù)、新工藝，才能使產(chǎn)品更優(yōu)先的性能。（7）在電路設(shè)計(jì)中，要充分考慮應(yīng)用系統(tǒng)各部分的驅(qū)動(dòng)能力。因?yàn)椴煌碾娐酚胁煌尿?qū)動(dòng)能力，對(duì)后及系統(tǒng)的輸入阻抗要求也不一樣，如果阻抗匹配不當(dāng)，系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)能力不夠，將導(dǎo)致系統(tǒng)工作不可靠甚至無法工作。值得注意的是，這種不可靠很難通過一般的測(cè)試手段來

50、確定，而排出這種故障往往需要對(duì)系統(tǒng)做較大的調(diào)整，因此要注意增進(jìn)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)能力并減少系統(tǒng)的功耗。巡航控制系統(tǒng)的電子控制單元現(xiàn)采用pic16f873單片機(jī)。執(zhí)行器采用直流電動(dòng)機(jī)。pic16f873根據(jù)設(shè)定車速、實(shí)際車速以及其他輸入信號(hào)按照一定的程序完成所有的數(shù)據(jù)處理后，產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)來驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)機(jī)而改變節(jié)氣門的開度。利用實(shí)際車速與設(shè)定車速的偏差，通過多次的迭代計(jì)算得出一個(gè)修正量，進(jìn)一步修正控制器輸出的控制量，從而使實(shí)際車速更趨近于設(shè)定車速。當(dāng)一旦出現(xiàn)人為干預(yù)的情況（例如踩踏制動(dòng)踏板、踩踏離合器踏板、變速器掛入空擋、拉近駐車制動(dòng)等），巡航系統(tǒng)確保駕駛?cè)藛T的操作優(yōu)先，截取巡航工作狀態(tài)；當(dāng)車輛的速度

51、超出人為設(shè)定的范圍以及其他情況時(shí)，巡航系統(tǒng)也能自動(dòng)停止工作，以確保車輛的安全。當(dāng)系統(tǒng)要接通或斷開大功率負(fù)荷時(shí)，暫停一切數(shù)據(jù)采集工作，帶干擾過去后再恢復(fù)進(jìn)行，這比單純?cè)谟布喜扇】垢蓴_措施要好得多。為了安全，在設(shè)計(jì)上將制動(dòng)開關(guān)u節(jié)氣門執(zhí)行器直接相連，這樣彈踩下制動(dòng)踏板時(shí)，在停止單片機(jī)恒速控制程序的同時(shí)，將巡航控制系統(tǒng)與節(jié)氣門拉索斷開。系統(tǒng)的硬件框圖如圖3.1所示。它主要由微處理器、電源電路、離合器和直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和輸入信號(hào)處理電路等部分組成、pic16f873微處理器使系統(tǒng)的核心，有關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、輸入信號(hào)處理電路在后面講座詳細(xì)的討論。車速傳感器等也是巡航控制系統(tǒng)的重要組成部分，汽車巡

52、航控制系統(tǒng)所需要的傳感器主要包括車速傳感器、節(jié)氣門位置傳感器、制動(dòng)踏板傳感器、離合器踏板傳感器等。圖3.1 巡航控制系統(tǒng)的硬件框圖車速傳感器速度信號(hào)是車輛巡航控制系統(tǒng)最重要的輸入信息之一。車速傳感器將產(chǎn)生的車速信號(hào)輸送給巡航控制ecu，作為實(shí)際車速反饋信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)定速行駛功能。因此，要求車速傳感器通常與車速表驅(qū)動(dòng)裝置相連，如果車速表是電子式的，他所用的車速傳感器給出的信號(hào)可直接用作巡航控制ecu的反饋信號(hào)，而不必為巡航控制系統(tǒng)另設(shè)定車速傳感器，車速傳感器有光電式、霍爾感應(yīng)式、磁阻式等多種結(jié)構(gòu)形式，這里采用霍爾感應(yīng)式。在汽車新航控制系統(tǒng)中，節(jié)氣門位置傳感器給出的節(jié)氣門位置信號(hào)。節(jié)氣門位置測(cè)量采用

53、電位器式腳位移傳感器，其輸出電壓經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，再送入微處理器進(jìn)行處理。制動(dòng)踏板傳感器安裝在制動(dòng)踏板下，取制動(dòng)燈開關(guān)信號(hào)，用以獲取制動(dòng)踏板動(dòng)作信號(hào)。離合線踏板傳感器安裝在離合器踏板下，用于獲取離合器踏板動(dòng)作信號(hào)，該信號(hào)位開關(guān)信號(hào)。3.2 開關(guān)量的處理制動(dòng)開關(guān)有手制動(dòng)和腳制動(dòng)兩種。其中，腳制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路如圖3.2所示。腳制動(dòng)開關(guān)是當(dāng)開關(guān)接通時(shí)為低電平，開關(guān)斷開時(shí)為高電平。圖3.2 腳制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路手制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路如圖3.3所示。手制動(dòng)開關(guān)是在接通時(shí)為高電平，斷開時(shí)為低電平。圖3.3 手制動(dòng)開關(guān)信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路硬件電路中，除腳制動(dòng)開關(guān)和手制動(dòng)開關(guān)

54、外，空擋開關(guān)、設(shè)定鍵、加速鍵、減速鍵、取消鍵等均為開關(guān)量，電路結(jié)構(gòu)如圖3.2或3-3所示。3.3 車速信號(hào)處理熟讀信號(hào)是巡航控制系統(tǒng)最重要的信號(hào)之一，如果速度信號(hào)失常，巡航控制系統(tǒng)就不能正常工作，甚至發(fā)生事故。該控制系統(tǒng)利用pic16f973微處理器的16位定時(shí)/計(jì)算器tmr2和連接到這個(gè)定時(shí)器上的撲捉與比較寄存器來測(cè)得車速信號(hào)。由于單片機(jī)能識(shí)別的信號(hào)電壓范圍是0 5v,而汽車上的電源是12v，所以需要在測(cè)車速之前，將這些速度信號(hào)轉(zhuǎn)換電子信號(hào)。如果速度傳感器輸出信號(hào)為正弦波，還應(yīng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行整型處理。在測(cè)量車速時(shí)，如果信號(hào)齒一周有z個(gè)齒，信號(hào)每轉(zhuǎn)一周，則產(chǎn)生z個(gè)脈沖。這里采用頻率法來測(cè)量車速。在

55、單位時(shí)間內(nèi)，根據(jù)脈沖發(fā)生器脈沖的個(gè)數(shù)來計(jì)算脈沖的頻率。用頻率法時(shí)車速為：式中，n為每秒鐘內(nèi)傳感器產(chǎn)生的脈沖數(shù)，z為信號(hào)齒的齒數(shù)，io為主傳動(dòng)比，r為車輪半徑，t為脈沖的采樣周期。3.4 電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)汽車自動(dòng)巡航控制系統(tǒng)的執(zhí)行器是直流電動(dòng)機(jī)，直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)選用l298驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路如圖3.4所示，圖1.15中的二極管vd1-vd4應(yīng)選用快恢復(fù)二極管。雙串橋的驅(qū)動(dòng)可以接受ttl電平，圖中門電路具有驅(qū)動(dòng)能力。圖3.4 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路表1.1為圖1.15的真值表，由真值表1.1可知，只有當(dāng)en-able為高電平，in1和in2腳電平不同時(shí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)才動(dòng)作。圖中的電阻 r1是用來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的

56、工作電流的。表1.1 真值表3.5 pwm控制pwm控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通-關(guān)斷把直流電壓變成脈沖列，并通過控制電壓脈沖歡度或周期以達(dá)到變壓的目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖列的周期以達(dá)到變壓變頻的目的的一種控制技術(shù)。直流電動(dòng)機(jī)的pwm控制技術(shù)可用不同的控制手段來實(shí)現(xiàn)，如使用專用集成pwm控制器，或者使用微處理器進(jìn)行控制，也可以使用集成pwm控制器與微處理器相配合的方法等。接口設(shè)計(jì)中最大的挑戰(zhàn)是處理動(dòng)態(tài)問題，最重要的是直通電流、二極管階躍、地段反沖等。（1）直通電流，該電流包括兩種成分，最明顯的使續(xù)流二極管的反向恢復(fù)電流。圖1.16中，上橋臂左邊管子vf導(dǎo)通，右邊管子vf截止，下橋

57、臂右邊管子vf是脈寬調(diào)制的。當(dāng)其導(dǎo)通時(shí)，電流從正級(jí)干線流過，然后通過的續(xù)流二極管返回干線。當(dāng)再一次導(dǎo)通時(shí)，反向恢復(fù)電流將從的續(xù)流二極管拉出。這個(gè)電流明顯是從電源正級(jí)流到地將電動(dòng)機(jī)旁路的直通電流。當(dāng)4個(gè)開關(guān)管中任何一個(gè)在橋電路中被脈寬調(diào)制與其續(xù)流二極管相反時(shí)，這種現(xiàn)象就會(huì)發(fā)生，并且這時(shí)pwm頻率與電動(dòng)機(jī)電感足夠大，以至于電動(dòng)機(jī)電流在關(guān)斷期間不會(huì)隨減到零。除了反向恢復(fù)電流之外，另外還有一個(gè)電流稱為pwm中斷電流，它是通過開關(guān)交換時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)橋電路中一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管導(dǎo)通時(shí)，其相對(duì)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極被快速拉到地，這樣加在漏極上的di/dt會(huì)引起一個(gè)流過柵極到漏極電容的電流，對(duì)柵極來說，看上去是輸入電流。這個(gè)電流通過柵極驅(qū)動(dòng)的關(guān)斷阻抗返回原極。通過驅(qū)動(dòng)阻抗乘以du/dt電流而產(chǎn)生的電壓可以講柵極正偏。如果該電壓超過了這個(gè)關(guān)斷的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通門限，那么這個(gè)誤導(dǎo)通就會(huì)產(chǎn)生直通電流。如果低端的場(chǎng)效應(yīng)晶體管是脈寬調(diào)制的，則du/dt就加到了有釋放電阻的高端場(chǎng)效應(yīng)晶體管上。如果釋放電阻是有緣開關(guān)便且可以近似為零，那么高端場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵極保持為高端干線電壓，